[发明专利]用于内燃机的用于废气后处理系统的催化器

说明书

本发明涉及用于机动车废气的催化处理(katalytischen Behandlung) 的装置、用于制造根据本发明的装置的方法和该装置的应用，以及用 于净化来自机动车的废气的方法。

车辆催化器通常包括多个部件。由陶瓷或金属制成的热稳定的蜂 窝体(Wabenkoerper)、通常是所谓的催化器孔芯(Monolithen)典型地被 用作载体(Traeger)，其被大量的薄壁的通道所穿透过。所谓的中间层 (Washcoat)位于载体上。该中间层由多孔的材料、通常是氧化铝(Al₂O₃) 制成，以提供尽可能大的催化器表面。在中间层中储藏有催化活性的 贵金属。涂层成分的水浆体(waessrige Aufschlaemmung)也常常被称作 “中间层”。在目前所用的废气催化器中，这主要为贵金属铂、铑及钯。 通常，陶瓷的载体借助于专用的衬垫而支承在金属的壳体——所谓的 包壳(canning)中。该包壳固定地嵌装在车辆的排气管路中且部分地具 有其它联结可能性，例如用于λ传感器(Lambda-Sonnen)或热电偶。

车辆催化器的任务是，通过氧化或还原将碳氢化合物、一氧化碳 (CO)及氮氧化物(NO_x)等燃烧有害物质以化学的方式转化为二氧化碳 (CO₂)、水(H₂O)及氮气(N₂)。根据目的，存在不同类型的催化器。在 三元催化器中，CO和碳氢化合物的氧化及NO_x的还原彼此并行地发 生。三元催化器只可用在带汽油机和λ调节的车辆中。在柴油机中， 废气中的氧气过剩阻止了NO_x的还原并因此使得专用的催化器成为 必须的。

为在柴油机中降低废气中的NO_x的含量，一方面可设置发动机内 的措施，通过该措施针对性地影响燃烧。但是，在这种措施中缺点在 于增加的碳黑(Russ)排放和发动机功率的下降。由于相比于汽油机明 显较低的废气温度，柴油机中的催化器通常装在排气歧管附近处。柴 油机中，催化器的目标不仅包括NO_x的降低而且包括碳黑颗粒的氧化 (以降低微粒物质排放)。这种催化器包括已知的柴油机氧化催化器。 该催化器通常装备有中间层，该中间层仅含铂和/或钯。

另一类型的催化器是NO_x储存催化器(Speicherkatalysator)。因为 现代发动机利用氧气过剩而工作(为了提高发动机效率)，所以不能采 用传统的催化器。CO和碳氢化合物的氧化以类似于传统的三元催化 器的方式而发生，但是氮氧化物必须被暂存。氮氧化物的催化还原利 用富废气混合物而间断地实现。如果催化器的吸收能力已被氮氧化物 所耗尽，则短时间地设定出富废气混合物，即，还原性废气混合物， 以使得催化器中暂存的氮氧化物被还原为氮气。由此，催化器为下次 的储存循环作好准备。

另一的目前适于市场销售的用于氮氧化物的还原的方法是所谓 的选择性催化还原。在此，例如借助于定量供给泵，将尿素水溶液持 续地喷射到废气流中。在此，通过水解(Hydrolyse)产生水和氨，其中， 氨能够将废气中的氮氧化物还原为氮气。

在所有已知的催化器类型中，催化器衬底(Katalysatorsubstrat)的嵌 入(即，催化器衬底的布置)与生产技术的问题相关。到目前为止，在 壳体中的布置如此地进行，即，在中间插入有弹性垫片的情形下，将 催化器衬底夹紧在筒状的壳体中。在运行中，催化器衬底和壳体必须 在无损坏的前提下经受住超过1000℃的温差(其与热引起的膨胀相关 联)。由此，催化器的寿命缩短。此外，催化器(在其中，催化器衬底 利用弹性垫片而布置在筒状的催化器壳体中)的生产是非常高成本的。

文件DE 15 94 716 A1公开了用于机动车废气的催化后燃的组件， 在其中，载体催化器布置成与陶瓷材料相结合，其中，金属纤维材料 和陶瓷材料一层一层地布置成载体催化器，并且，催化剂布置在纤维 材料上。在此，陶瓷材料嵌入到金属纤维毡(Metallfaserfliese)之间且可 由此而被废气所穿过。

文件WO 2006/007956A1公开了一种用于机动车的、带有支承在 壳体中的催化器孔芯的废气净化装置，该催化器孔芯横向于壳体的中 心纵轴线及在催化器孔芯和包围该催化器孔芯的壳体截段之间的间 隙空间延伸。